近日，國內(nèi)首座站內(nèi)氫氣檢測實(shí)驗(yàn)室――中國石化西灣子氫氣檢測實(shí)驗(yàn)室在河北崇禮正式投運(yùn)。該實(shí)驗(yàn)室能完成燃料電池氫氣的13項(xiàng)典型指標(biāo)檢測，將為保障北京冬奧會氫能質(zhì)量安全可靠提供有力技術(shù)支撐，助力“綠色冬奧”。
隨著氫能產(chǎn)業(yè)在世界發(fā)展熱度進(jìn)一步提升，氫能的利用情況已經(jīng)開始成為國與國之間競技未來能源技術(shù)的展示窗口。即將開幕的2022年北京冬奧會上，中國對氫能的推廣和利用提前做好了布局――境內(nèi)接力火炬全部應(yīng)用氫燃料，在開幕式上使用氫燃料點(diǎn)燃北京冬奧賽場的主火炬，大量使用氫燃料電池車，以減少污染物排放。
氫能為何受到青睞？氫能對于低碳發(fā)展有何作用？記者采訪了清華大學(xué)清華三峽氣候與低碳中心、核能與新能源技術(shù)研究院副研究員歐訓(xùn)民。
北京冬奧會氫能的大規(guī)模使用體現(xiàn)“綠色辦奧”理念，展現(xiàn)了我國加強(qiáng)綠色低碳技術(shù)研發(fā)和示范、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的決心和勇氣
記者：2022年北京冬奧會將采用氫燃料火炬，還將大規(guī)模采用氫燃料電池汽車。在北京冬奧會上大規(guī)模應(yīng)用氫能，對氫能的發(fā)展有什么意義？
歐訓(xùn)民：從申辦到籌辦，北京冬奧會始終堅(jiān)持綠色、低碳、可持續(xù)原則，“綠色辦奧”的理念貫穿于方方面面。
2019年6月，北京冬奧組委發(fā)布的《北京2022年冬奧會和冬殘奧會低碳管理工作方案》提出，以低碳能源、低碳場館、低碳交通、低碳標(biāo)準(zhǔn)為主要目標(biāo)，采取碳減排和碳中和措施，實(shí)現(xiàn)北京冬奧會低碳目標(biāo)。其中，在“低碳交通”這一部分，《方案》強(qiáng)調(diào)，用于賽事服務(wù)的客運(yùn)車輛基本使用新能源，在各賽區(qū)推廣新能源汽車，積極推動符合相關(guān)車型目錄氫燃料車輛的示范應(yīng)用，同時(shí)建設(shè)配套的充電樁、加氫站等，滿足賽區(qū)電動汽車、氫能源汽車運(yùn)行需求。
為了在確保安全的前提下，最大限度應(yīng)用節(jié)能與清潔能源車輛，北京冬奧組委制定了“北京賽區(qū)內(nèi)，主要使用純電動、天然氣車輛；延慶和張家口賽區(qū)內(nèi)，主要使用氫燃料車輛”的配置原則。我們了解到，北京冬奧會將示范運(yùn)營1000多輛氫燃料電池車，30多個(gè)加氫站。其中，延慶賽區(qū)和張家口賽區(qū)將有700余輛氫燃料大巴車投入使用，至少30輛氫燃料電池客車負(fù)責(zé)賽時(shí)觀眾及工作人員的運(yùn)輸。
此次北京冬奧會大規(guī)模使用氫燃料電池公交車及氫能火炬，體現(xiàn)國家擴(kuò)大氫能應(yīng)用場景的發(fā)展趨勢。在冬奧會上使用氫能，既可以減少交通等活動中的碳排放，協(xié)助實(shí)現(xiàn)綠色低碳奧運(yùn)，也為氫能技術(shù)示范運(yùn)行提供了大型平臺，驗(yàn)證技術(shù)的同時(shí)也進(jìn)行了公眾推廣。此外，這也展現(xiàn)了我國加強(qiáng)綠色低碳技術(shù)研發(fā)和示范、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的決心和勇氣，并搭建起氫能相關(guān)的自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大舞臺。借助北京冬奧的機(jī)遇，氫能將有望被更多的民眾了解和認(rèn)可，中國的氫能產(chǎn)業(yè)也有望進(jìn)入高速發(fā)展的快車道。
記者：北京冬奧會將大規(guī)模采用氫燃料電池汽車，氫燃料電池汽車的工作原理是怎樣的？與傳統(tǒng)汽車及市面上電動汽車相比，氫燃料電池汽車有何優(yōu)勢？
歐訓(xùn)民：氫燃料電池汽車是氫能較為常見的終端應(yīng)用。近年來，隨著氫能產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，氫燃料電池汽車受到了廣泛重視。
氫燃料電池汽車和燃油車的結(jié)構(gòu)較為相似，只是把燃油車的油箱換為儲氫罐，把燃油車的內(nèi)燃機(jī)換為燃料電池動力系統(tǒng)。氫燃料電池汽車與普通燃油車的區(qū)別，主要在于動力系統(tǒng)。普通燃油車通常注入柴油或汽油，通過燃燒釋放化學(xué)能，以轉(zhuǎn)化為汽車的動能。氫燃料電池汽車中，氫燃料電池的工作原理是在氫與氧結(jié)合生成水的同時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
具體說來，氫燃料電池由陽極、陰極和電解質(zhì)組成。氫氣進(jìn)入燃料電池的陽極，在催化劑的作用下分解為氫離子和電子。隨后，氫氣穿過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，在催化劑的作用下與氧氣結(jié)合成水，電子則通過外部電路向陰極移動，形成電流，電能通過電動機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動車輛行駛。
和傳統(tǒng)汽車相比，氫燃料電池汽車在運(yùn)行過程中沒有廢氣排放，只會排放水，因此不會污染環(huán)境。和電動汽車相比，氫燃料電池汽車的主要優(yōu)勢有三點(diǎn)：第一，補(bǔ)充能量快。氫燃料電池汽車加注氫氣的過程持續(xù)時(shí)間短，就像加油一樣，只需3到5分鐘就能充滿長途行駛所需的氫氣。第二，續(xù)航更長。氫燃料電池儲能密度高且重量輕，具有更長的續(xù)航里程，通常會超過500公里，甚至達(dá)到700公里以上。第三，氫燃料電池汽車更適合在寒冷氣候條件下行駛。
氫能作為清潔、高效、可持續(xù)的二次能源，在全球能源轉(zhuǎn)型方面被寄予厚望，但在制備、儲存和運(yùn)輸方面還存在瓶頸。
記者：氫能在全球能源轉(zhuǎn)型的過程中扮演了什么樣的角色，有哪些主要的應(yīng)用場景？目前，制約氫能發(fā)展的主要瓶頸是什么？
歐訓(xùn)民：隨著應(yīng)對氣候變化、實(shí)現(xiàn)“碳中和”的呼聲日益高漲，氫能在全球能源轉(zhuǎn)型方面被寄予厚望。作為一種清潔、高效、可持續(xù)的二次能源，氫能是構(gòu)建未來以可再生能源為主的多元能源結(jié)構(gòu)的重要載體，其開發(fā)和利用技術(shù)也成為了新一輪世界能源技術(shù)變革的重要方向。
氫是地球的重要組成元素，也是宇宙中最常見的物質(zhì)。氫的來源多樣，不僅可以通過煤炭、石油、天然氣等化石能源重整、生物質(zhì)熱裂解或微生物發(fā)酵等途徑制取，還可以來自焦化、氯堿、鋼鐵、冶金等工業(yè)副產(chǎn)氣，也可以利用電解水制取，特別是與可再生能源發(fā)電結(jié)合，不僅實(shí)現(xiàn)全生命周期綠色清潔，更拓展了可再生能源的利用方式。
氫具有燃燒熱值高的特點(diǎn)，約是同質(zhì)量汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。通過燃料電池可實(shí)現(xiàn)綜合轉(zhuǎn)化效率90%以上，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。此外，氫燃燒的產(chǎn)物只有水，沒有污染物及碳排放，是世界上最干凈的能源，能夠有效緩解溫室效應(yīng)和環(huán)境污染。
氫能之所以備受青睞，還在于氫氣可作為儲能載體，彌補(bǔ)可再生能源波動性、間歇性等短板，可以促進(jìn)可再生能源的大規(guī)模發(fā)展。此外，氫能既可實(shí)現(xiàn)電力和氫氣之間的靈活轉(zhuǎn)化，又能搭建“橋梁”實(shí)現(xiàn)電、熱、冷乃至固體、氣體、液體燃料的互聯(lián)互通，構(gòu)建更加清潔高效的能源體系。
形式多樣的氫能有著多元的應(yīng)用場景，大規(guī)模應(yīng)用正從汽車交通領(lǐng)域逐步拓展至其他交通、工業(yè)和建筑領(lǐng)域。氫能除了可以用在燃料電池汽車、軌道交通和船舶交通等領(lǐng)域，還可應(yīng)用于分布式發(fā)電，可為家庭住宅、商業(yè)建筑供電供暖；氫能還可以直接為石化、鋼鐵、冶金等化工行業(yè)提供高效原料、還原劑和高品質(zhì)熱源。
不過，氫能也不是“盡善盡美”的。氫能在制備、儲存和運(yùn)輸方面還存在一些技術(shù)和成本方面的障礙。首先，當(dāng)前全球氫氣年產(chǎn)量約為7000萬噸，其中通過化石能源制取、在生產(chǎn)過程中排放二氧化碳的氫氣（灰氫）占比約95%，而制取過程中不排放二氧化碳的綠氫所占比例則較低。究其原因，是由于綠氫制備的主要裝備――電解槽的生產(chǎn)技術(shù)要求高、制造成本高。目前，全球電解制氫仍處于初始階段，遠(yuǎn)未達(dá)到規(guī)模化。
此外，氫氣還存在易揮發(fā)、易燃的特點(diǎn)，在運(yùn)輸方面還存在“氫脆”現(xiàn)象，存在對輸配管道和容器產(chǎn)生破壞的潛在風(fēng)險(xiǎn)。這也對氫能設(shè)備的安全性提出了更高的要求。如何實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)的氫氣儲存，還有很大的努力空間。
記者：當(dāng)前，世界氫能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢是怎樣的？我國氫能的開發(fā)與利用情況又如何？
歐訓(xùn)民：近年來，世界各國正以前所未有的速度推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不少國家都已認(rèn)識到氫能在未來能源系統(tǒng)乃至社會系統(tǒng)中的地位和作用，競相開始搶占產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)制高點(diǎn)。僅2020年，就有歐盟、德國、西班牙、加拿大等11個(gè)國家或區(qū)域發(fā)布?xì)淠馨l(fā)展戰(zhàn)略。截至2020年底，占全球GDP總量52%的27個(gè)國家中，有16個(gè)已制定全面的國家氫能戰(zhàn)略，還有11個(gè)國家正在制定國家氫能戰(zhàn)略。氫能應(yīng)用場景日漸豐富，交通領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)模穩(wěn)步提升，工業(yè)、建筑等領(lǐng)域應(yīng)用方興未艾。
我國提出實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，對綠色低碳發(fā)展提出了更高要求，也為氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供廣闊空間。2019年，氫能源首次寫入政府工作報(bào)告，明確將推動加氫等設(shè)施建設(shè)；2021年10月發(fā)布的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》提出，統(tǒng)籌推進(jìn)氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展；推動加氫站建設(shè)；加強(qiáng)氫能生產(chǎn)、儲存、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、示范和規(guī)?；瘧?yīng)用。
根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2020》，當(dāng)前我國氫氣產(chǎn)能約每年4100萬噸，產(chǎn)量約3342萬噸，是世界第一產(chǎn)氫國。截至2020年底，我國建成加氫站128座，氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)保有量達(dá)7000多輛。中國氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)到2050年，氫能在中國終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達(dá)到12萬億元。
隨著氫能產(chǎn)業(yè)受到國家相關(guān)部門及地方政府的高度重視，產(chǎn)業(yè)政策及標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)體系逐步完善，技術(shù)創(chuàng)新成效顯著，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及車輛推廣初具規(guī)模。不過，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍存在制約瓶頸。例如，電解水技術(shù)路線方面，仍存在不少短板和“卡脖子”現(xiàn)象，部分關(guān)鍵材料及核心零部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口的局面還沒有得到根本改觀。另外，氫能發(fā)展在地區(qū)間的差異十分明顯，部分地區(qū)發(fā)展氫能的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱，卻存在氫能項(xiàng)目一哄而上、倉促上馬的情況。
要客觀清醒認(rèn)識氫能的角色與氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的困難與挑戰(zhàn)，理性推進(jìn)中國氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
記者：目前也有聲音指出，氫能雖有較大潛力，但熱潮之中仍有不少需要冷靜思考和解決的問題。您認(rèn)為“氫能熱潮”中有哪些問題需要審慎對待？
歐訓(xùn)民：我非常認(rèn)同“氫能熱”中的冷思考的提法。事實(shí)上，從全球來看，“氫能熱”已經(jīng)發(fā)生過2、3次了。在數(shù)次熱潮的發(fā)展中，隨著油價(jià)回落、應(yīng)對氣候變化政策的不確定性以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等問題，熱潮并沒有轉(zhuǎn)化成持續(xù)的投資，且未形成大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。目前，全球氫能產(chǎn)業(yè)仍處于商業(yè)化早期，尚未形成成熟、固定的盈利模式，主要受政策推動，需要依靠各國政府大規(guī)模補(bǔ)貼才能發(fā)展。
本次“氫能熱”既有近十年技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的推動，也有低碳發(fā)展目標(biāo)的需求拉動。但是熱潮能否轉(zhuǎn)變成長久持續(xù)、逐步前進(jìn)的發(fā)展趨勢，還需要多方面助力。比如氫能制儲運(yùn)用各環(huán)節(jié)技術(shù)的突破，以及在個(gè)別場合真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，帶動基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和氫能生產(chǎn)成本的下降。對國內(nèi)的氫能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)而言，與先進(jìn)國家相比尚有差距，既需要立足于自身資源稟賦，通過自主科研、合作開發(fā)進(jìn)行發(fā)展，同時(shí)也要注重制定和完善標(biāo)準(zhǔn)、專利等知識產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)氫能開發(fā)利用。
值得指出的是，不少相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步和突破需要進(jìn)行高強(qiáng)度、長時(shí)間的資源和成本的投入，不要過于樂觀，更不要幻想能一蹴而就，在幾年之內(nèi)就建立起氫能社會。作為二次能源，氫能利用的確具有其獨(dú)特的優(yōu)勢，也具有較大的潛力，但我們需要更加客觀和清醒地認(rèn)識氫能的角色，以及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的困難與挑戰(zhàn)，理性推進(jìn)，以期實(shí)現(xiàn)中國氫能產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
記者：在“雙碳”背景下，氫能的未來發(fā)展走向如何？對于促進(jìn)我國氫能產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，您有哪些建議？
歐訓(xùn)民：二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這是中國對國際社會的承諾。這意味著我國在持續(xù)為減緩氣候變化影響作貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，按下了減碳的加速鍵，并將采取更加有力的政策和措施。
2021年四季度以來，關(guān)于“碳達(dá)峰、碳中和”的政策和措施紛紛出臺，引發(fā)全社會關(guān)注。2021年10月24日，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》；2021年10月26日，國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動方案》，在這兩份“雙碳”頂層設(shè)計(jì)的文件中，氫能被多次提及，寄予厚望。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，全國有30個(gè)省份、150多個(gè)城市在其“十四五”規(guī)劃中提及氫能發(fā)展，有50多個(gè)城市出臺了地方氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃。根據(jù)各省區(qū)市規(guī)劃目標(biāo)，到2025年全國將建成加氫站超過1000座，推廣氫燃料車超過54000輛。業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施推進(jìn)，中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展將進(jìn)一步提速。
在“雙碳”背景下，我國氫能的未來發(fā)展具有良好前景，尤其是綠氫的發(fā)展，有望成為接下來幾十年的能源轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵角色。建議未來我國氫能產(chǎn)業(yè)從技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)布局和降低成本等多個(gè)方面推動可持續(xù)的健康發(fā)展。例如，需要加強(qiáng)電解水制氫等氫能制取技術(shù)的研發(fā)布局，在不同類型的多條技術(shù)路線上都有所突破；科學(xué)規(guī)劃氫能輸配、加注等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的時(shí)間和空間分布，有效匹配氫能制取和應(yīng)用；在擴(kuò)大氫能應(yīng)用規(guī)?；A(chǔ)上，進(jìn)行配套的商業(yè)模式創(chuàng)新和能源管理機(jī)制調(diào)整，降低氫能全產(chǎn)業(yè)鏈成本。
原標(biāo)題：氫能產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)
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